船舶靜力學第2章 船舶浮性

1、2007-3-261 船舶原理船舶原理 熊云峰熊云峰 20072007年年0808月月2626日日 2007-3-262 第第二二章章 船舶浮性船舶浮性 2-1 2-1 浮性基本概念浮性基本概念 一、浮性一、浮性 是指船舶在裝載一定數(shù)量載荷的情況是指船舶在裝載一定數(shù)量載荷的情況 下，具有能漂浮于水面并保持相對平衡下，具有能漂浮于水面并保持相對平衡 位置的能力。是船舶航行的重要能力。位置的能力。是船舶航行的重要能力。 船舶相對于靜水面的漂浮可以是半船舶相對于靜水面的漂浮可以是半 浸沒狀態(tài)，也可以是全浸沒狀態(tài)。浸沒狀態(tài)，也可以是全浸沒狀態(tài)。 2007-3-263 二、船舶漂浮平衡條件二、船舶漂浮平

2、衡條件 1 1、重力和浮力的大小相等，且方向相、重力和浮力的大小相等，且方向相 反，即：反，即： 2 2、重心、重心G G和浮心和浮心B B在同一鉛垂線上。在同一鉛垂線上。 2007-3-264 三、船舶坐標系三、船舶坐標系 為了確切地表達重心和浮心的位置，便于性為了確切地表達重心和浮心的位置，便于性 能計算，通常采用固定在船上的坐標系。能計算，通常采用固定在船上的坐標系。 2007-3-265 四、船舶浮態(tài)四、船舶浮態(tài) 1 1、任意浮態(tài)、任意浮態(tài) 2007-3-266 2 2、正浮狀態(tài)、正浮狀態(tài) 2007-3-267 3 3、橫傾狀態(tài)、橫傾狀態(tài) 2007-3-268 4 4、縱傾狀態(tài)、縱傾狀

3、態(tài) 2007-3-269 五、基本結(jié)論五、基本結(jié)論 1、不管是哪一種浮態(tài)，重心、不管是哪一種浮態(tài)，重心G都在浮心都在浮心B之之 上，即上，即 2、船舶的浮態(tài)可用吃水、縱傾角、橫傾角三、船舶的浮態(tài)可用吃水、縱傾角、橫傾角三 個參數(shù)表示。個參數(shù)表示。 3、要研究船舶的浮性和穩(wěn)性，必須解決：、要研究船舶的浮性和穩(wěn)性，必須解決： （1）船舶的）船舶的重量重量W及其重心坐標及其重心坐標；（根據(jù)理；（根據(jù)理 論力學的原理來解決）論力學的原理來解決） （2）船舶的）船舶的排水體積及其浮心坐標排水體積及其浮心坐標。（要用。（要用 船舶靜力性能計算來解決）船舶靜力性能計算來解決） 2007-3-2610 2-2

4、 2-2 船舶重量和重心坐標的計算船舶重量和重心坐標的計算 一、船舶總重量一、船舶總重量 二、船舶的重心位置二、船舶的重心位置 2007-3-2611 2007-3-2612 三、重量和重心計算準確的重要性三、重量和重心計算準確的重要性 船舶重量是確定排水量的基礎，船舶重量是確定排水量的基礎，重量和重心重量和重心 計算準確與否直接關(guān)系到船舶技術(shù)性能的好計算準確與否直接關(guān)系到船舶技術(shù)性能的好 壞。若重量計算不準確，其影響：壞。若重量計算不準確，其影響： 1、船將不能漂浮在預定的吃水線上，影響、船將不能漂浮在預定的吃水線上，影響 船舶的航行性能。船舶的航行性能。 2、船將出現(xiàn)預想不到的橫傾和縱傾，

5、因而、船將出現(xiàn)預想不到的橫傾和縱傾，因而 將改變船舶預定的穩(wěn)性和橫搖性能。將改變船舶預定的穩(wěn)性和橫搖性能。 3、船舶滿足不了原定的設計要求，甚至有、船舶滿足不了原定的設計要求，甚至有 損船舶安全性。損船舶安全性。 2007-3-2613 四、船舶重量的分類四、船舶重量的分類 1 1、固定重量：、固定重量：包括船體鋼料、舾裝、機電包括船體鋼料、舾裝、機電 設備以及武器裝備等重量。設備以及武器裝備等重量。其重量和重心在其重量和重心在 使用過程中是固定不變的，使用過程中是固定不變的，其總和稱為其總和稱為空船空船 重量，或船舶自身的重量。重量，或船舶自身的重量。 2 2、可變重量：、可變重量：包括貨物

6、、行李、旅客、淡包括貨物、行李、旅客、淡 水、糧食、油料以及彈藥等的重量，這一類水、糧食、油料以及彈藥等的重量，這一類 重量的綜合稱為重量的綜合稱為船舶的載重量船舶的載重量。 船舶的排水量是空船重量和載重量之和。船舶的排水量是空船重量和載重量之和。 2007-3-2614 五、民船的典型裝載情況五、民船的典型裝載情況 1 1、滿載排水量：、滿載排水量：是指貨物和旅客全部裝載是指貨物和旅客全部裝載 滿額的情況，通常又分為：滿額的情況，通常又分為： （1 1）滿載出港。）滿載出港。是按設計滿額裝載時，燃是按設計滿額裝載時，燃 料、潤滑油、淡水、糧食及其它給養(yǎng)物品都料、潤滑油、淡水、糧食及其它給養(yǎng)物

7、品都 按照設計所規(guī)定的數(shù)量滿載的情況。滿載排按照設計所規(guī)定的數(shù)量滿載的情況。滿載排 水量通常是指滿載出港的排水量。水量通常是指滿載出港的排水量。 （2 2）滿載到港。）滿載到港。通常假定消耗品還剩余通常假定消耗品還剩余10%10% 的情況。的情況。 2007-3-2615 2 2、空載排水量：、空載排水量：是指貨物和旅客全部沒有是指貨物和旅客全部沒有 情況，通常又分為兩種狀態(tài)：情況，通常又分為兩種狀態(tài)： （1 1）空載出港。）空載出港。是指無客無貨時，燃料、是指無客無貨時，燃料、 潤滑油、淡水、糧食及其它給養(yǎng)物品都按照潤滑油、淡水、糧食及其它給養(yǎng)物品都按照 設計所規(guī)定的數(shù)量帶足。設計所規(guī)定的數(shù)

8、量帶足。 （2 2）空載到港。）空載到港。是指無客無貨航行到達終是指無客無貨航行到達終 點，通常假定消耗品還剩余點，通常假定消耗品還剩余10%10%的情況。的情況。 2007-3-2616 六、軍艦的典型裝載情況六、軍艦的典型裝載情況 1 1、空載排水量。、空載排水量。是建造全部完工后軍艦的是建造全部完工后軍艦的 排水量。排水量。 2 2、標準排水量。、標準排水量。是人員配備齊全，備足必是人員配備齊全，備足必 須的供應品，作好出海作戰(zhàn)準備的排水量。須的供應品，作好出海作戰(zhàn)準備的排水量。 3 3、正常排水量。、正常排水量。是正式試航時的排水量。是正式試航時的排水量。 4 4、滿載排水量。、滿載排

9、水量。 5 5、最大排水量。、最大排水量。 2007-3-2617 2-3 2-3 排水量和浮心坐標的計算排水量和浮心坐標的計算 一、根據(jù)水線面計算一、根據(jù)水線面計算（垂向計算法）（垂向計算法） 計算思路：計算思路：首先計算各水線面面積、體積首先計算各水線面面積、體積 靜矩等有關(guān)數(shù)據(jù)，然后將水線面沿吃水方靜矩等有關(guān)數(shù)據(jù)，然后將水線面沿吃水方 向積分來計算排水體積和浮心坐標。向積分來計算排水體積和浮心坐標。 1、基本公式、基本公式 圖圖7所示為船舶吃水為所示為船舶吃水為d時的正浮狀態(tài)。在時的正浮狀態(tài)。在 離基平面離基平面z處，取高度為處，取高度為dz的一薄層（微體的一薄層（微體 ）進行分析。）進

10、行分析。 2007-3-2618 2007-3-2619 2007-3-2620 2007-3-2621 又由于又由于 ： 所以：所以： 2007-3-2622 所以：所以： 2007-3-2623 當船舶正浮時，其浮心橫向坐標當船舶正浮時，其浮心橫向坐標 2007-3-2624 2 2、水線面計算、水線面計算 水線面計算通常包括面積水線面計算通常包括面積 ，漂心縱向坐，漂心縱向坐 標標 及水線面系數(shù)及水線面系數(shù) 。 2007-3-2625 （1 1）梯形法計算）梯形法計算 根據(jù)上述圖形，則有：根據(jù)上述圖形，則有： 其中：其中： 其中：其中： 2007-3-2626 2007-3-2627 （

11、2 2）辛浦生第一法計算）辛浦生第一法計算 根據(jù)上述圖形，則有：根據(jù)上述圖形，則有： 其中：其中： 其中：其中： 2007-3-2628 2007-3-2629 3 3、水線面面積曲線、水線面面積曲線 2007-3-2630 2007-3-2631 2007-3-2632 4 4、每厘米吃水噸位數(shù)曲線、每厘米吃水噸位數(shù)曲線 船舶正浮時吃水增加（或減少）船舶正浮時吃水增加（或減少）1 1厘米，引厘米，引 起排水量增加（或減少）的噸數(shù)稱為每厘米起排水量增加（或減少）的噸數(shù)稱為每厘米 吃水噸數(shù)吃水噸數(shù)TPCTPC。 根據(jù)水線面曲線可以算出在任何吃水時的每根據(jù)水線面曲線可以算出在任何吃水時的每 厘米吃

12、水噸數(shù)厘米吃水噸數(shù)TPCTPC。 每厘米吃水噸數(shù)每厘米吃水噸數(shù)TPCTPC只與水線面面積有關(guān)，只與水線面面積有關(guān)， 隨吃水的變化而變化。隨吃水的變化而變化。 將將TPCTPC隨吃水的變化繪制成曲線，隨吃水的變化繪制成曲線，每厘米吃每厘米吃 水噸位數(shù)曲線。該曲線的形狀與水線面面積水噸位數(shù)曲線。該曲線的形狀與水線面面積 曲線完全相似。曲線完全相似。 2007-3-2633 5 5、排水體積曲線、排水體積曲線 給定吃水為給定吃水為d d的排水體積計算公式：的排水體積計算公式： 根據(jù)上述積分公式和有關(guān)積分原理，則不同根據(jù)上述積分公式和有關(guān)積分原理，則不同 吃水的排水體積計算公式：吃水的排水體積計算公式

13、： 2007-3-2634 排水體積曲線：排水體積曲線：排水體積隨吃水變化的關(guān)系排水體積隨吃水變化的關(guān)系 曲線。曲線。 1號水線至基平面號水線至基平面 的排水體積的排水體積 2號水線至基平面號水線至基平面 的排水體積的排水體積 2007-3-2635 2007-3-2636 6 6、浮心坐標曲線、浮心坐標曲線 2007-3-2637 對于任意吃水時的浮心坐標的計算，可采用對于任意吃水時的浮心坐標的計算，可采用 下式的變上限積分求得：下式的變上限積分求得： 2007-3-2638 2007-3-2639 2007-3-2640 2007-3-2641 2007-3-2642 二、根據(jù)橫剖面計算二

14、、根據(jù)橫剖面計算（縱向計算法）（縱向計算法） 計算思路：計算思路：首先計算各橫剖面面積、體積靜首先計算各橫剖面面積、體積靜 矩等有關(guān)數(shù)據(jù)，然后將橫剖面沿船長方向積矩等有關(guān)數(shù)據(jù)，然后將橫剖面沿船長方向積 分來計算排水體積和浮心坐標。分來計算排水體積和浮心坐標。 1、基本公式、基本公式 圖圖2-14所示為船舶吃水為所示為船舶吃水為d時的正浮狀態(tài)。時的正浮狀態(tài)。 在離中站面在離中站面x處，取長度為處，取長度為dx的一薄層（微的一薄層（微 體）進行分析。體）進行分析。 2007-3-2643 2007-3-2644 則有下列公式：則有下列公式： 2007-3-2645 2007-3-2646 又由于橫

15、剖面面積對基線又由于橫剖面面積對基線Oy的靜矩為：的靜矩為： 2007-3-2647 2007-3-2648 2 2、橫剖面面積的數(shù)值計算、橫剖面面積的數(shù)值計算 （1 1）梯形法）梯形法 2007-3-2649 2007-3-2650 （2）辛浦生法）辛浦生法 2007-3-2651 3 3、排水體積和浮心坐標（梯形法計算）、排水體積和浮心坐標（梯形法計算） 2007-3-2652 2007-3-2653 4 4、橫剖面面積曲線、橫剖面面積曲線 2007-3-2654 2007-3-2655 2-4 2-4 船舶在縱傾狀態(tài)下排水量船舶在縱傾狀態(tài)下排水量 和浮心坐標的計算和浮心坐標的計算 一、邦

16、戎曲線一、邦戎曲線 設船體在某一站號處的橫剖面如下圖所設船體在某一站號處的橫剖面如下圖所 示。該橫剖面自船底到最高層甲板在不示。該橫剖面自船底到最高層甲板在不 同吃水下的橫剖面面積，可由同吃水下的橫剖面面積，可由 的變上限積分得到。的變上限積分得到。 2007-3-2656 2007-3-2657 2007-3-2658 二、費爾索夫圖譜二、費爾索夫圖譜 2007-3-2659 2-5 2-5 儲備浮力及載重線標志儲備浮力及載重線標志 一、儲備浮力一、儲備浮力 定義：是指滿載水線以上主體水密部分的體定義：是指滿載水線以上主體水密部分的體 積所能產(chǎn)生的浮力。它對穩(wěn)性、抗沉性和淹積所能產(chǎn)生的浮力。

17、它對穩(wěn)性、抗沉性和淹 濕性等有很大的影響。濕性等有很大的影響。 儲備浮力是確保船舶安全航行的一個重要指儲備浮力是確保船舶安全航行的一個重要指 標，船舶的漂浮能力由儲備浮力來保證。標，船舶的漂浮能力由儲備浮力來保證。 儲備浮力通常以滿載排水量的百分數(shù)來表示儲備浮力通常以滿載排水量的百分數(shù)來表示 ，其大小根據(jù)船舶類型、航行區(qū)域以及裝載，其大小根據(jù)船舶類型、航行區(qū)域以及裝載 貨物的種類而定。貨物的種類而定。 2007-3-2660 二、載重線標志二、載重線標志 1 1、國際航行船舶、國際航行船舶 WNAWNA：冬季北大西洋載：冬季北大西洋載 重線；重線； W W：載重線；：載重線； S S：夏季載重

18、線；：夏季載重線； T T：熱帶載重線；：熱帶載重線； F F：夏季淡水載重線；：夏季淡水載重線； TFTF：熱帶淡水載重線：熱帶淡水載重線 CSCS：表示勘定干舷的：表示勘定干舷的 主管機關(guān)是主管機關(guān)是“中國船中國船 舶檢驗局舶檢驗局”。 2007-3-2661 2 2、國內(nèi)航行的海船、國內(nèi)航行的海船 其載重線標志類似于國際航行船舶。其載重線標志類似于國際航行船舶。 3 3、國內(nèi)內(nèi)河航行的船舶、國內(nèi)內(nèi)河航行的船舶 內(nèi)河航行船舶的載重線標志上圓環(huán)兩側(cè)的字內(nèi)河航行船舶的載重線標志上圓環(huán)兩側(cè)的字 母是母是“Z”Z”和和“C”C”，表示勘定干舷的主管機，表示勘定干舷的主管機 關(guān)是關(guān)是“中國船舶檢驗局中國船舶檢驗局”。 2007-3-2662 作業(yè)二作業(yè)二 1 1、船舶有哪幾種漂浮狀態(tài)？根據(jù)平衡條、船舶有哪幾種漂浮狀